• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2002.07c
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• pp.1482-1484
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• 2002

Transparent conductive oxides (TCO) are necessary as front electrode for most thin film solar cell. In our paper, transparent conducting aluminum-doped Zinc oxide films (ZnO:Al) were prepared by rf magnetron sputtering on glass (Corning 1737) substrate as a variation of the deposition condition. After deposition, the smooth ZnO:Al films were etched in diluted HCI (0.5%) to examine the electrical and surface morphology properties as a variation of the time. The most important deposition condition of surface-textured ZnO films by chemical etching is the processing pressure and the substrate temperature. In low pressures (0.9mTorr) and high substrate temperatures $({\leq}300^{\circ}C)$, the surface morphology of films exhibits a more dense and compact film structure with effective light-trapping to apply the silicon thin film solar cells.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2014.11a
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• pp.27-28
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• 2014

투명전극이란 전기 전도도를 갖는 동시에 가시광선 영역에서 빛을 투과하는 성질을 가지는 소재이다. 일반적으로 가시광선 영역(380nm~780nm)에서 80%이상의 광 투과도를 가지며, 비저항이 $10^{-3}{\Omega}{\cdot}cm$ 이하, optical band gap 이 3.3 eV 이상인 물질을 TCO(Transparent Conducting oxide)라고 한다. 현재까지 국내의 TCO 관련 연구는 터치패널, 디스플레이, 태양전지 등 광전자분야에서 가장 널리 사용되고 있는 ITO(Sn:In2O3)에 치중되어 있으며, 관련 연구도 거의 디스플레이 맞춤형 연구개발이 주류를 이루어왔다. ITO가 전기전도성이 우수하고 동시에 가시광선 영역에서의 투과율도 80%이상으로 전기적, 광학적 특성이 우수하다는 장점을 가지고 있으나, In의 희소성으로 인한 고가격, 유독성, 접착력 문제 때문에 이를 대체하기 위해 제조원가가 ITO에 비하여 월등히 저렴하고 내화학성과 내마모성이 우수하면서도, 가시광선 영역에서의 광투과율이 80%이상으로 좋다는 $SnO_2$에 관한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 적절한 dopant를 첨가하여 $SnO_2$자체의 높은 광학적 투과도를 유지하면서 전기전도성을 더 높일수 있고, 투명전극이 가져야 할 고온 안정성을 가지고 있으며 비독성이고 수소 플라즈마에 대한 내성이 더 클 뿐만 아니라 저온에서 성장이 가능하다. $SnO_2$의 전기 전도도를 높이기 위한 Al, In, Ga, B와 같은 3족 원소가 $SnO_2$의 n형 dopant로 널리 사용되고 있다. 그 중 Al은 반응성이 커서 박막 증착 중에 산화되기 쉬운 반면, 전기적 특성 및 광학적 특성의 향상을 이룰 수 있다. 본 연구에서는 Rf Sputtering법을 사용하여 quartz기판 위에 다층박막 형태의 투명전도막을 제작한 후, 열처리를 수행, 이에 의한 다층박막 내 계면간 상호확산 현상을 이용하여 투명 전도막의 특성변화를 관찰하였다. 박막의 구조적 특성은 XRD장비를 사용하여 분석하였으며, 전기적, 광학적 특성은 각각 표면저항기, 홀 측정 장비, 그리고 UV-VIS-NI를 사용하여 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.228.1-228.1
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• 2014

투명전도성 산화물(TCO,Transparent Conductive Oxide) 물질로 널리 사용되는 ITO 박막은 산화물 반도체를 평판 디스플레이용 투명전극 재료로 개발하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. ITO (Indium tin oxide)는 약 3.5 eV 정도의 넓은 밴드갭을 가진 축퇴반도체로서 전기적 및 광학적 특성이 우수하기 때문에 대표적 투명전도성 박막으로 가장 많이 사용되고 있다.현재 양산화된 ITO의 조성비는 90:10WT%인 타겟을 사용하는대 투명전극은 비저항이 $1{\times}10-3{\Omega}/sq$이하로 면저항이 $103{\Omega}/sq$전기전도성이 우수하고 380에서 780 nm의 가시광선 영역에서의 투과율이 80% 이상이라는 두 가지 성질을 만족시키는 박막이다. 본 실험에서는 SnO2 1~5wt% 인 ITO타겟을 제작하고 RF-Magnetron Sputtering을 사용하여 영구자석을 이용한 고밀도 플라즈마로 높은 점착성과, 균일한 박막 및 대면적 공정이 가능한 RF-magnetron sputtering방법으로 기판인 Slide glass위에 ITO를 증착하여 광학적 특성 및 전기적 특성에 대하여 측정하였다. 전기적, 광학적 특성 등 XRD을 통해 분석하였다. 그리고 증착된 모든 ITO 박막에서 가시광 투과율을 측정하기 위해 UV-Vis spectrophptometer을 이용하여 분석한 결과 90%이상의 높은 투과율이 측정되었다. ITO박막은 Anti-Fogging, Self-Cleaning, Solar cell 및 디스플레이소자 등 다양한 산업에 이용 가능할 것으로 생각된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.53.2-53.2
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• 2011

Dye-sensitized solar cells(DSSCs) have been recognized as an alternative to the conventional p-n junction solar cells because of their simple fabrication process, low production cost, and transparency. A typical DSSC consists of a transparent conductive oxide (TCO) electrode, a dye-sensitized oxide semiconductor nanoparticle layer, liquid redox electrolyte, and a Pt-counter electrode. In dye-sensitized solar cells, charge recombination processes at interfaces between coducting glass, $TiO_2$, dye, and electrolyte play an important role in limiting the photon-to-electron conversion efficiency. A layer of ZTO thin film less than ~200nm in thickness, as a blocking layer, was deposited by DC magnetron sputtering method directly onto the anode electrode to be isolated from the electrolyte in dye-sensitized solar cells(DSCs). This is to prevent the electrons from back-transferring from the electrode to the electrolyte ($I^-/I_3^-$). The presented DSCs were fabricated with working electrode of Ga-doped ZnO glass coated with blocking ZTO layer, dye-attached nanoporous $TiO_2$ layer, gel electrolyte and counter electrode of Pt-deposited GZO glass. The effects of blocking layer were studied with respect to impedance and conversion efficiency of the cells.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.389-389
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• 2011

Transparent conductive oxide (TCO) 박막은 디스플레이 및 태양전지 등 광범위한 분야에서 적용되고 있으며, 특히 indium tin oxide (ITO)는 낮은 전기적 저항과 우수한 광투과도를 가지고 있어서 이미 많은 분야에 적용되고 있다. 본 연구는 RF와 DC를 혼용한 마그네트론 스퍼터링 공정을 활용하여 ITO 박막 특성 및 이를 활용한 유기태양전지 적용에 관한 것이다. UV-O3 처리된 glass 기판위에 thermal evaporation 방식으로 밀착력을 높이기 위하여 Cr을 5 nm 두께로 증착한 후 Al을 95 nm 증착하였다. 그 위에 스퍼터링 공정으로 ITO 박막을 In2O3:SnO2 target (10wt% SnO2)을 사용하여 1.0 mTorr의 공정압력(Ar:O2=30:1), 50W의 RF power 및 0.11kW의 DC power에서 50~250 nm의 두께로 증착하였다. ITO 박막의 결정구조 및 표면 형상은 x-ray diffraction (XRD) 및 scanning electron microscope (SEM)을 사용하여 분석하였으며, 전기적 특성은 four-point probe법으로 비저항값을 측정하였다. 또한 높은 광변환효율을 가지는 태양전지 제작을 위하여, 다양한 두께의 ITO 박막을 사용하여 ITO/ZnO/P3HT:PCBM/PEDOT/Ag 구조의 유기태양전지를 제작하여 소자 특성을 최적화 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.192-192
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• 2010

Transparent Conductive Oxides (TCO) 박막은 지금 까지 산업 전반에 걸쳐 많이 응용되어 사용되어지는 박막 중에 하나이다. 그대표적인 산업은 디스플레이 산업 중 평면디스플레이 산업에서 투명 전극으로 사용하는 LCD 및 터치패널에 사용되는 전극으로 사용되어져 왔다. 현재에는 솔라 셀의 전극 및 기판으로서의 응용이 많이 연구되어지고 있다. 이와 같은, 산업에서 사용되는 투명전극 재료는 낮은 전기적 특성 및 애칭특성이 우수하고 높은 광 투과도를 필요로 하고 있으며, 이러한 특성을 모두 만족하며 가장 우수한 물성을 나타내는 물질이 (Indium Tin Oxide) film이다. 하지만 Indium의 고갈과 희소성에 따른 고가라는 점의 문제로 인해 대체재료로써 부상되고 있는 ZnO의 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 투명 전도성 산화물인 ZnO박막과 Al이 도핑된 AZO박막을 저온공정이 가능한 대향 타겟식 스퍼터링 방법(FTS)을 이용하여 산소가스 분압과 Al타겟에 인가되는 Current에 따른 박막의 전기적, 광학적 특성을 파악하여 적용여부에 대해 조사하였다. ZnO박막의 결정성은 유입되는 산소가스의 유량에 따라 증가하며 일정 영역이상에서는 감소하였다. 산소가스 유량이 1.2 sccm일 때 가장 높은 결정성을 얻었다. 또한 산소가스 유량을 1.2 sccm으로 고정시킨 후 Al타겟에 인가되는 Current에 변화를 주었을 때 0.5A에서 가장 낮은 비저항을 얻었다. ZnO박막의 미세구조는 Xray-diffraction method를 이용하여 측정하였고, 산소 분압에 따른 표면조도 분석을 위해 AFM을 사용하였고 Zn와 Oxide bonding의 화학적 분석을 위해 XPS를 이용하여 분석하였다. 또한 전기적 특성은 Hall measurement, 광 투과도는 UV-VIS Spectrometer를 이용하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.430.2-430.2
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• 2016

The front transparent conductive oxide (TCO) films in thin fill solar cell should exhibit high transparency, conductivity, good surface morphology and excellent light scattering properties. The light trapping phenomenon is limited due to random surface structure of TCO films. The proper control of surface structure and uniform cauliflower TCO films may be appropriate for efficient light trapping. We report light trapping scheme of ICP-RIE glass texturing by SF6/Ar plasma for high roughness and haze ratio of ITO films. It was observed that the variation of etching time, pattern size and Ar flow ratio during ICP-RIE process were important factors to improve the diffused transmittance and haze ratio of textured glass. The ICP-RIE textured glass showed low etching rates due to the presence of metal elements like Al, B, F and Na. The ITO films deposited on textured glass substrates showed the high RMS roughness and haze ratio in the visible wavelength region. The change in surface morphology showed negligible influence on electrical and structural properties of ITO films. The ITO films with high roughness and haze ratio can be used to improve the performance of thin film solar cells.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.41.2-41.2
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• 2011

Display 산업의 확대로 인해 광학적 특성 및 전기적 특성이 우수한 TCO (Transparent conductive oxide) 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존에는 ITO가 대부분의 분야에서 이용되었지만 In의 경제적인 단점으로 인해 새로운 대체물로써 ZnO가 떠오르고 있다. ZnO는 전형적인 n-type 반도체이며, wide band gap 물질로써 Al, Ga, B과 같은 3 족 원소를 doping 함으로써 광학적 및 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. 최근에는 ZnO의 이온반경과 비슷한 Ga을 도핑한 Ga-doped ZnO 박막에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이는 ZnO에 Ga을 도핑함으로써 격자결함을 최소화 시키고 carrier concentration 및 hall mobility를 향상시켜 전기전도도의 향상을 이루기 때문이다. 본 연구에서는 $Ga_2O_3$이 3wt% doping 된 ZnO rotating cylindrical target 을 DC magnetron sputtering 을 이용하여 2 kW의 파워와 70 kHz의 주파수를 고정하고, 증착 온도를 변화시켜 유리 기판 위에 Ga-doped ZnO 박막을 증착 하였다. 증착 시 온도가 Ga-doped ZnO 박막에 미치는 영향을 관찰하기 위해 박막 표면의 조성을 분석하였고, 결정성 및 전기적 특성의 변화를 통해 박막의 특성을 비교 평가하였다. Ga-doped ZnO 박막의 표면과 두께는 SEM (Scanning electron microscope) 분석을 통해 관찰하였고, XRD (X-ray diffractometer) 를 이용하여 결정학적 특성을 확인하였다. 또한 Van der Pauw 방법을 이용한 hall 측정을 통해 resistivity, carrier concentration, hall mobility를 분석하였고, UV-Vis를 이용하여 박막의 투과율을 분석하였으며, 이를 토대로 투명 전도막으로써 Ga-doped ZnO 박막의 응용 가능성을 평가하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.423-423
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• 2011

Zinc oxide is metal oxide semiconductor with the 3.37 eV bandgap energy. Zinc oxide is very attractive materials for many application fields. Zinc Oxide has many advantages such as high conductivity and good transmittance in visible region. Also it is cheaper than other semiconductor materials such as indium tin oxide (ITO). Therefore, ZnO is alternative material for ITO. ZnO is attracting attention for its application to transparent conductive oxide (TCO) films, surface acoustic wave (SAW), films bulk acoustic resonator (FBAR), piezoelectric materials, gas-sensing, solar cells and photocatalyst. In this study, we synthesized ZnO nanoparticles and defined their physical and chemical properties. Also we studied about the application of ZnO nanoparticles as a photocatalyst and try to find a enhancement photocatalytic activity of ZnO nanorticles.. We synthesized ZnO nanoparticles using spray-pyrolysis method and defined the physical and optical properties of ZnO nanoparticles in experiment I. When the ZnO are exposed to UV light, reduction and oxidation (REDOX) reaction will occur on the ZnO surface and generate O2- and OH radicals. These powerful oxidizing agents are proven to be effective in decomposition of the harmful organic materials and convert them into CO2 and H2O. Therefore, we investigated that the photocatalytic activity was increased through the surface modification of synthesized ZnO nanoparticles. In experiment II, we studied on the stability of ZnO nanoparticles in water. It is well known that ZnO is unstable in water in comparison with TiO2. Zn(OH)2 was formed at the ZnO surface and ZnO become inactive as a photocatalyst when ZnO is present in the solution. Therefore, we prepared synthesized ZnO nanoparticles that were immersed in the water and dried in the oven. After that, we measured photocatalytic activities of prepared samples and find the cause of their photocatalytic activity changes.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.54-54
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• 2010

Zinc oxide is metal oxide semiconductor with the 3.37 eV bandgap energy. Zinc oxide is very attractive materials for many application fields. Zinc Oxide has many advantages such as high conductivity and good transmittance in visible region. Also it is cheaper than other semiconductor materials such as indium tin oxide (ITO). Therefore, ZnO is alternative material for ITO. ZnO is attracting attention for its application to transparent conductive oxide (TCO) films, surface acoustic wave (SAW), films bulk acoustic resonator (FBAR), piezoelectric materials, gas-sensing, solar cells and photocatalyst. In this study, we synthesized ZnO nanoparticles and defined their physical and chemical properties. Also we studied about the application of ZnO nanoparticles as a photocatalyst and try to find a enhancement photocatalytic activity of ZnO nanorticles.. We synthesized ZnO nanoparticles using spray-pyrolysis method and defined the physical and optical properties of ZnO nanoparticles in experiment I. When the ZnO are exposed to UV light, reduction and oxidation(REDOX) reaction will occur on the ZnO surface and generate ${O_2}^-$ and OH radicals. These powerful oxidizing agents are proven to be effective in decomposition of the harmful organic materials and convert them into $CO_2$ and $H_2O$. Therefore, we investigated that the photocatalytic activity was increased through the surface modification of synthesized ZnO nanoparticles. In experiment II, we studied on the stability of ZnO nanoparticles in water. It is well known that ZnO is unstable in water in comparison with $TiO_2$. $Zn(OH)_2$ was formed at the ZnO surface and ZnO become inactive as a photocatalyst when ZnO is present in the solution. Therefore, we prepared synthesized ZnO nanoparticles that were immersed in the water and dried in the oven. After that, we measured photocatalytic activities of prepared samples and find the cause of their photocatalytic activity changes.